天文台快递 | 黑洞的“零食”

2016-04-20 20:09

不同于银河系中心的超大质量黑洞,有一类超大质量黑洞仍然在大量吞噬着周围的物质,隐藏它们于中心的星系被称为活动星系,而它们自己被称为活动星系核(Active Galactic Nuclei; AGN)。活动星系核发出光学辐射的区域小至几光天(与之相比,普通星系的尺度约几十万光年),但光度却甚于普通星系十至几十万倍。活动星系核的燃料供给是活动星系核研究中尚未解决的重要问题。对它的研究既可以帮助人们认识黑洞的吸积和质量增长过程,同时对于人们了解黑洞与其寄主星系的共同演化过程也具有重要的意义。

供黑洞吞噬的物质是如何来到星系中心呢?理论研究认为,星系中的各种恒星结构(如恒星棒,旋臂,核棒,核旋臂等)可以导致气体向星系中心的内流,从而为低光度活动星系核中的核活动提供燃料。然而,由于缺乏空间分辨的数据,在研究工作中一直缺乏直接的观测证据。

近日,上海天文台博士研究生罗荣欣在郝蕾研究员的指导下,利用VENGA (VIRUS-P Exploration of Nearby Galaxies) 巡天的积分视场光谱数据对近邻低光度活动星系核NGC 1042中核活动的燃料供给机制进行了系统性研究,他们发现NGC 1042中的内部旋臂可以导致电离气体的径向内流,从而为核活动提供燃料。这一结果表明,在无恒星棒的晚型星系中,旋臂所导致的气体内流现象在该类星系的长期演化中具有一定作用。目前该工作已经被国际核心期刊《天体物理学报》接收发表。

据郝蕾研究员介绍,积分视场光谱(Integral Field Spectroscopy,简称IFS)是近年来快速发展的新型天文观测技术。这是一种兼顾成像和光谱优势的观测手段,其最大的特点在于能够同时获取星系中不同空间位置处的光谱,从而提供丰富的空间分辨信息。VENGA是一个国际合作的积分视场光谱巡天项目,其观测目标为30个近邻的漩涡星系,其中包括17个活动星系核。目前该巡天已完成了观测及数据处理,共获得上述星系约55000个区域的光谱。近年来,郝蕾研究员领导的星系与活动星系核课题组一直积极参与VENGA巡天的观测,数据处理及科学分析工作。

NGC 1042

“近邻活动星系核中的燃料供给机制是我感兴趣的,我希望通过积分视场光谱的数据来研究星系中气体的分布,电离及运动学特性,从而帮助人们理解各种恒星结构是如何将气体转移到星系中央,并为核活动提供燃料的。”文章的第一作者罗荣欣说。

那为什么选择NGC 1042呢?罗荣欣表示,它是一个约1400万光年之外的低光度活动星系核,位于鲸鱼座天区内,其中央潜伏着一个300万倍太阳质量的黑洞,星系中央与黑洞共存的还有大质量的恒星团,而且核恒星团中不乏年轻恒星。这些性质使得NGC 1042成为研究低质量端黑洞质量增长过程的理想实验室。

图1 左图:NGC 1042的r波段图像,绿色方框表示VENGA巡天的观测区域。右上图:NGC 1042 中央500 pc x 500 pc区域内的[NII]/Hα发射线流量比图。右下图:NGC 1042 中央500 pc x 500 pc区域内的电离气体速度场。图中,黑色的椭圆分别表示距离星系中心100 pc,200 pc,300 pc,和500 pc。黑色的小圆圈标示了我们发现的电离气体环状结构。黑色的虚线和实线分别表示NGC 1042的运动学主轴和副轴。

“在星系中央500 pc x 500 pc(1pc相当于3.26光年)的区域内,我们发现了一个环状的电离气体结构。该结构从距离星系中心100 pc处延伸至300 pc处,并显示出特别的激发特征。”罗荣欣说。

“通过分析该环状结构中电离气体的运动学特性,我们发现是星系的内部的旋臂导致了气体的径向内流,每年向内转移的物质质量是黑洞每年吞噬物质的100倍,比核恒星团每年形成恒星的质量略大。”罗荣欣进一步说明,“这些研究结果表明,对于NGC 1042这个临近的活动星系核,旋臂所导致的气体内流能够为核活动及核恒星团中的恒星形成提供燃料。”

郝蕾研究员说,“由于NGC 1042是一个没有棒的旋涡星系,我们的结果也一定程度上表明了,在无恒星棒的晚型星系中,旋臂所导致的气体内流现象在该类星系的长期演化中具有一定作用。在接下来的工作中,我们将通过更多样本的观测来进一步研究这一机制。”

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